IF:17.3《ACS Nano》重庆医科大学杨培增与陈凌团队:甘露糖化仿生纳米斗篷同步实现活性氧清除与免疫调控用于自身免疫性葡萄膜炎治疗
专栏:学术前沿
发布日期:2026-09-07
作者:创赛科研

研究背景:

自身免疫性葡萄膜炎是一种慢性、复发性、威胁视力的炎症性眼病,是中青年非感染性失明的主要原因之一。该疾病以眼内免疫稳态破坏和持续性炎症为特征,常导致不可逆的视力丧失。当前一线治疗依赖于全身性糖皮质激素和免疫抑制剂,但长期使用伴随显著的代谢紊乱、骨质疏松和感染风险等副作用。更为严峻的是,血-视网膜屏障(BRB)严重限制了药物向眼内炎症部位的渗透,极大降低了全身治疗的有效性。因此,开发能够有效跨越眼屏障、靶向免疫活性位点并实现机制驱动的调控策略,是葡萄膜炎治疗中亟待满足的关键需求。



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针对上述问题,重庆医科大学杨培增与陈凌团队构建了甘露糖化仿生纳米斗篷H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man,以铜-锌双金属MOF为核心广谱清除ROS并封装STING抑制剂H-151阻断炎症信号,外层以巨噬细胞膜与甘露糖修饰脂质体包裹,实现跨血-视网膜屏障的主动靶向递送。该纳米系统体外可将巨噬细胞重编程为M2抗炎表型,体内能精准蓄积于眼内炎症部位,显著减轻视网膜损伤并恢复T细胞亚群平衡(降低Th1/Th17、提升Treg),且全身安全性良好。转录组及免疫荧光证实其通过抑制STING-TBK1-NF-κB通路发挥免疫重塑作用,为自身免疫性葡萄膜炎提供了兼具靶向递送、抗氧化与免疫调节的转化型纳米治疗新策略。该文章于2026年8月7日以Synchronous Reactive Oxygen Species Scavenging and Immunomodulation for Autoimmune Uveitis Therapy by a Mannosylated Biomimetic Nanocloak为题发表于ACS Nano》(DOI: 10.1021/acsnano.6c06477


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方案1. 纳米斗篷制备与治疗示意图

(1)H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man的合成与表征

通过室温下Zn²⁺和Cu²⁺与2-甲基咪唑在甲醇中共组装制备Cu/Zn-MOF。透射电子显微镜(TEM)观察显示,Cu/Zn-MOF呈菱形十二面体形貌,平均直径约100 nm。扫描透射电子显微镜-能谱(STEM-EDS)mapping证实Cu、Zn、C、N和O均匀分布。ICP-MS定量分析表明,Cu/Zn-MOF中Cu和Zn的质量百分比分别为0.55%和18.15%。随后通过溶剂蒸发法将STING拮抗剂H-151负载于Cu/Zn-MOF,载药量(DLC)和包封率(EE)分别为34.76±0.21%和63.93±0.61%。

为赋予平台被动和主动靶向能力,将RAW 264.7巨噬细胞膜与甘露糖基化脂质体融合构建杂化膜(LM@Man),共聚焦成像显示FITC和Cy5荧光信号共定位证实了膜融合。LM@Man包覆后,TEM显示清晰的膜结构,粒径从97.6 nm增至119.2 nm,Zeta电位从18.2 mV逆转为−18.5 mV。Western blot和SDS-PAGE分析证实了巨噬细胞膜标志物F4/80和CD11b的保留。XRD显示MOF晶体结构在载药和膜工程后得以保持。FT-IR和XPS进一步验证了H-151的成功负载和LM@Man的包覆。 importantly, 该纳米斗篷在酸性炎症环境(pH 5.4)中释放53%的负载药物,而在生理条件(pH 7.4)下仅释放20.3%,表现出pH响应性释药特性,且在水、PBS、DMEM和10% FBS中保持优异的胶体稳定性。


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图2. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man的合成与详细表征。a) 模块化组装示意图;b) Cu/Zn-MOF的TEM图像,比例尺100 nm;c) CLSM图像显示巨噬细胞膜(红色,Cy5标记)和脂质体(绿色,FITC标记)的融合,比例尺500 nm;d) H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man的TEM图像,比例尺100 nm;e) STEM-EDS元素mapping;f) 各种膜样品中F4/80和CD11b的Western blot;g) SDS-PAGE分析;h) 不同框架的XRD图谱;i) FT-IR光谱;j) XPS全谱;k) Zeta电位和粒径测量;l) pH 5.4条件下48 h后的TEM图像,比例尺100 nm;m) pH 7.4和5.4条件下的药物释放曲线。

(2)H-151-Cu/Zn-MOF的体外自由基清除能力

为系统评估H-151-Cu/Zn-MOF的抗氧化潜力,在pH 5.4的PBS中测试了其对多种自由基的清除能力。ABTS•+清除实验显示,在80 μg mL⁻¹浓度下清除效率达98.5%;对DPPH•的清除率达66%。在炎症相关关键ROS清除方面,H-151-Cu/Zn-MOF表现出强效的•O₂⁻清除活性,80 μg mL⁻¹时效率超过90%。与Zn-MOF、Cu-MOF和Cu/Zn-MOF相比,H-151-Cu/Zn-MOF显示出最优的•OH清除能力。此外,该材料对H₂O₂和一氧化氮自由基(•NO)也表现出明显的浓度和时间依赖性清除活性。值得注意的是,H-151-Cu/Zn-MOF几乎不具有过氧化物酶(POD)和氧化酶(OXD)样催化活性,表明其表现为强抗氧化而非促氧化行为。


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图3. H-151-Cu/Zn-MOF的抗氧化和ROS清除活性。a,c) ABTS•+和DPPH•的UV-vis吸收光谱;b,d) 不同浓度下对ABTS•+和DPPH•的时间依赖性清除曲线;e,g) •O₂⁻和•OH清除的UV-vis光谱;f,h) 不同浓度下对•O₂⁻和•OH的时间依赖性清除曲线;i) H₂O₂清除活性;j) H-151-Cu/Zn-MOF的ROS清除抗氧化功能示意图;k) 总结ROS清除和酶样活性的雷达图。

(3)DFT计算揭示SOD样超氧阴离子清除机制

基于体外实验结果,进一步通过密度泛函理论(DFT)计算探究SOD样反应路径。构建了Zn-MOF、Cu-MOF、Cu/Zn-MOF和H-151-Cu/Zn-MOF的优化模型。差分电荷密度分析显示H-151与Cu/Zn-MOF框架之间存在明显的电子重分布。PDOS分析表明,引入H-151改变了Cu和Zn位点的电子态分布,Cu d带中心从−1.67 eV移至−1.64 eV,并增强了Cu 3d与Zn 3d轨道在−5至0 eV范围内的能量共振。自由能计算显示,H-151-Cu/Zn-MOF的反应自由能势垒最低(0.22 eV),低于Cu/Zn-MOF(0.34 eV)、Cu-MOF(0.53 eV)和Zn-MOF(0.80 eV)。这表明H-151并非直接配位催化配体,而是通过影响Cu/Zn-MOF的电子结构,降低SOD样过程的能量势垒,从而增强抗氧化活性。


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图4. DFT探究H-151-Cu/Zn-MOF的SOD样超氧阴离子清除路径。a) Zn-MOF、Cu-MOF、Cu/Zn-MOF和H-151-Cu/Zn-MOF的优化结构模型;b) H-151-Cu/Zn-MOF的差分电荷密度图,黄色表示电子积累,青色表示电子耗尽;c) Zn-MOF、Cu-MOF、Cu/Zn-MOF和H-151-Cu/Zn-MOF的PDOS数据;d) H-151-Cu/Zn-MOF的DFT计算SOD样超氧阴离子清除路径;e) 不同纳米颗粒上SOD样超氧阴离子清除过程的自由能曲线。

(4)H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man的体外ROS清除与抗炎作用

在LPS刺激的RAW 264.7巨噬细胞和骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)中评估了纳米斗篷的抗氧化和抗炎特性。预实验表明20 μg mL⁻¹为最低有效安全浓度。荧光显微镜和流式细胞术显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man将RAW 264.7细胞内ROS荧光降至PBS组的7.6%,流式检测残余ROS信号仅为6.3%。BMDMs中观察到类似趋势。ELISA结果证实,该纳米斗篷显著降低促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6水平,同时升高抗炎介质IL-10和TGF-β。Western blot分析显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man有效抑制M1标志物iNOS、COX-2和TNF-α,同时上调M2标志物CD206,表明成功将巨噬细胞重编程为抗炎表型。与临床常用抗炎药地塞米松(Dex)相比,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man表现出更强的ROS清除活性和更显著的M2极化促进作用。CCK-8实验表明即使在160 μg mL⁻¹浓度下,各组细胞活力仍高于70%,具有良好的细胞相容性。


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图5. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man在RAW 264.7细胞和BMDMs中的ROS清除和抗炎作用。a) 实验设计示意图;b,h) LPS刺激的RAW 264.7细胞和BMDMs经PBS、H-151、H-151-Cu/Zn-MOF、H-151-Cu/Zn-MOF@LM和H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man处理后DCFH-DA染色的荧光图像,比例尺100 μm;c,i) 细胞内ROS荧光强度定量分析;d,j) DCFH-DA检测细胞内ROS水平的流式细胞术图;e,k) 流式细胞术数据定量分析;f,l) 各组细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10和TGF-β)的ELISA分析;g,m) M1标志物(iNOS、COX-2和TNF-α)及M2标志物CD206的Western blot分析。

(5)EAU小鼠体内治疗效果与免疫调节

使用实验性自身免疫性葡萄膜炎(EAU)小鼠模型验证治疗效果。C57BL/6J小鼠经IRBP免疫诱发EAU,于免疫后第7至13天每日尾静脉注射给药。剂量优化实验选择100 μg mL⁻¹用于后续研究。临床评估显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man治疗组小鼠前节炎症显著缓解,虹膜结构保持,睫状充血减轻,眼底病变减少。病理分析显示,该治疗显著减少视网膜折叠、脱离和炎性细胞浸润。Western blot显示紧密连接标志物ZO-1表达明显恢复,Evans Blue渗漏实验证实血管屏障功能改善。DHE染色显示视网膜ROS水平显著降低。流式细胞术分析表明,该纳米斗篷显著降低促炎Th1(CD4⁺IFN-γ⁺)和Th17(CD4⁺IL-17A⁺)细胞比例,同时增加调节性T细胞(CD4⁺Foxp3⁺),有效重建免疫稳态。与地塞米松相比,二者总体疗效相当,但纳米斗篷具有更优的系统安全性。


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图6. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man在EAU小鼠中的体内治疗效果和免疫调节。a) EAU小鼠治疗方案示意图;b) 健康对照组和经不同治疗后EAU小鼠的前节炎症代表性图像;c) EAU严重程度定量评分;d) 各组代表性眼底图像;e) 各组视网膜H&E染色图像,比例尺200 μm;f) 基于病理学的EAU严重程度定量评估;g) 视网膜组织中ZO-1的Western blot结果及定量分析;h) Evans Blue检测各组视网膜血管渗漏,比例尺200 μm;i) 各组视网膜切片的DHE染色显示ROS水平,比例尺100 μm;j) 脾淋巴细胞中Th1、Th17和Treg细胞群的流式细胞术图及定量分析。

(6)炎症微环境调控与巨噬细胞/小胶质细胞极化

进一步分析EAU小鼠视网膜、脾脏和血清中的关键炎症细胞因子。ELISA结果显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man显著抑制视网膜、脾脏和血清中的TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-23,同时提升IL-10和TGF-β水平,在所有检测组织中均表现出优于其他治疗组的调节效果。视网膜铺片IBA1免疫荧光染色显示,EAU小鼠小胶质细胞/巨噬细胞呈激活的阿米巴样形态,细胞体增大、突起回缩、IBA1荧光强度增加;经纳米斗篷治疗后,IBA1⁺细胞数量和激活水平显著降低,形态恢复为静息的分支状。视网膜切片显示,EAU小鼠中激活的小胶质细胞和巨噬细胞从内层视网膜向外层迁移,该现象经治疗后明显减轻。Western blot定量分析证实,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man显著抑制M1相关蛋白(iNOS、COX-2、TNF-α)并促进M2标志物CD206表达。


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图7. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man对EAU小鼠炎症微环境和巨噬细胞/小胶质细胞极化的调控。a) 治疗后EAU小鼠视网膜、脾脏和血清中TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-23、IL-10和TGF-β的ELISA分析;b) H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man治疗前后EAU小鼠视网膜表型示意图;c) 视网膜铺片免疫荧光染色和视网膜切片显示IBA1染色图像,比例尺100 μm;d) 视网膜组织中M1标志物(iNOS、COX-2和TNF-α)及M2标志物CD206的Western blot及定量分析。

(7)眼部与淋巴结靶向能力

为评估眼部递送潜力,首先构建体外外血-视网膜屏障(oBRB)Transwell模型(TEER > 300 Ω·cm²)。在非炎症条件下,H-151-Cu/Zn-MOF@LM和H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man均表现出可测量的跨RPE单层转运能力,显著高于H-151-Cu/Zn-MOF,其中甘露糖修饰组转运效率最高。在H₂O₂存在时,转运效率进一步提升。正常小鼠眼切片显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man组在RPE区域出现清晰的Cy5荧光,而游离药物组几乎无荧光。


在EAU小鼠中,视网膜铺片成像显示Cy5荧光仅在膜包被组中可见,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man组荧光强度最高,且IBA1染色减少。共定位分析证实Cy5信号与IBA1⁺细胞显著重叠,甘露糖修饰组共定位系数达0.79。眼切片显示,该纳米斗篷具有更深的组织穿透能力,信号分布于外核层(ONL)、内核层(INL)和神经节细胞层(GCL),且在RPE层最强。活体成像显示游离Cy5在12 h内快速清除,而纳米斗篷可持续至48 h。值得注意的是,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man在EAU小鼠腹股沟淋巴结中表现出强荧光积累,而其它组未见此现象。离体器官成像显示纳米颗粒主要在肝脏积累。LC-MS定量显示,纳米斗篷组视网膜H-151浓度达26.73 ng/g,而游离H-151组低于检测限;淋巴结中H-151积累量约为游离药物组的5倍。


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图8. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man在EAU小鼠中的眼部组织和淋巴结靶向。a) 分析视网膜铺片和眼切片的实验流程图;b) 视网膜铺片荧光图像显示Cy5标记的纳米颗粒(红色)和IBA1⁺巨噬细胞/小胶质细胞(绿色),比例尺2 mm、100 μm和50 μm;c) 眼切片荧光图像显示Cy5标记的纳米颗粒(红色)及其与IBA1⁺细胞(绿色)的共定位,比例尺50 μm和25 μm;d) 静脉注射Cy5标记纳米颗粒后EAU小鼠不同时间点的活体荧光成像;e) 全身成像荧光强度随时间变化;f) 视网膜铺片Cy5荧光定量分析;g) 注射后48 h主要器官(心、肝、脾、肺、肾和淋巴结)的离体成像;h) 眼切片中视网膜各层Cy5荧光定量分析;i) 淋巴结荧光强度定量测量。

(8)STING-NF-κB轴抑制的机制研究

为阐明分子机制,对LPS刺激的BMDMs和EAU小鼠视网膜组织进行转录组测序。BMDMs中鉴定出2964个差异表达基因(DEGs),视网膜中鉴定出955个DEGs。交集分析发现302个共同下调基因,GO富集显示其主要参与先天免疫调节、II型干扰素反应和细胞因子介导的信号传导。KEGG通路分析表明这些基因与NOD样受体信号、TNF信号、JAK-STAT、IL-17、T细胞受体信号以及胞质DNA感应和NF-κB信号通路相关。GSEA显示,胞质DNA感应通路和NF-κB信号通路在两组数据中均显著富集(BMDMs中NES分别为−1.932和−1.860;视网膜中NES分别为−1.869和−2.022)。


Western blot验证显示,H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man显著降低BMDMs和视网膜中STING、TBK1、p-TBK1、p65和p-p65的蛋白水平。免疫荧光显示,STING表达特异性定位于IBA1⁺激活的巨噬细胞/小胶质细胞,治疗后其表达显著降低。这表明H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man通过联合抑制STING-TBK1-NF-κB通路,在多个水平上调节免疫反应,减少促炎细胞因子活性,恢复免疫平衡,从而协同解决局部和全身炎症。


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图9. H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man抗炎和免疫调节作用的机制研究。a) LPS刺激的BMDMs和EAU小鼠视网膜RNA测序实验设计;b) BMDMs和视网膜中PBS组与H-151-Cu/Zn-MOF@LM@Man组差异表达基因(DEGs)的火山图;c) BMDMs和视网膜中DEGs的热图;d) BMDMs和视网膜共同下调基因的Venn图;e) 共同下调DEGs的GO富集分析;f) 下调DEGs的KEGG通路富集分析;g) KEGG富集术语与相关下调基因的弦图;h) 胞质DNA感应通路和NF-κB信号通路的GSEA结果,NES为标准化富集得分;i,j) BMDMs和视网膜中STING、TBK1、p-TBK1、p65和p-p65的Western blot及定量分析;k) 视网膜STING(红色)和IBA1(绿色)的代表性免疫荧光图像,比例尺100 μm;l) 涉及的作用机制和信号通路示意图。

 研究小结 

本研究成功开发了一种多功能甘露糖化仿生纳米斗篷,将仿生靶向、ROS清除与STING通路抑制整合于一体,用于自身免疫性葡萄膜炎的治疗。该平台凭借巨噬细胞膜仿生伪装实现被动靶向炎症组织,并通过甘露糖受体介导的内吞实现主动靶向免疫细胞,有效穿越血-视网膜屏障并蓄积于眼内病灶。其Cu/Zn-MOF核心利用类酶活性广谱清除ROS,同时H-151抑制STING-TBK1-NF-κB通路,重塑巨噬细胞/小胶质细胞向M2抗炎表型极化,恢复Th1/Th17/Treg免疫平衡。这一闭环调控策略在EAU小鼠模型中显著减轻眼内炎症、修复血-视网膜屏障并抑制视网膜结构损伤,且展现出优异的生物安全性。该研究为自身免疫性葡萄膜炎及其他STING驱动的炎症性疾病提供了一种极具前景的精准治疗策略。

上一页:IF:23.6《BAM》河北医科大学张英泽/陈伟,华中科技大学田洪涛/杨操:pH/ROS双响应纳米复合水凝胶调控ROS-铁死亡轴治疗骨质疏松性骨缺损
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